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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor, insbesondere einen Common-Rail-Injektor für selbstzündende Brennkraftmaschinen. Der Kraftstoffinjektor ist insbesondere dazu ausgebildet, relativ hohe Einspritzmengen in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen.
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Stand der Technik
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Ein Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der
DE 10 2006 049 882 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor weist ein Einspritzglied in Form einer Düsennadel auf, die hubbeweglich innerhalb eines mit Hochdruck befüllbaren Bereichs eines Injektorgehäuses angeordnet ist. In einer abgesenkten Stellung des Einspritzglieds verschließt dieses zumindest mittelbar wenigstens eine Einspritzöffnung im Injektorgehäuse. Zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine hebt das Einspritzglied von einem Dichtsitz am Injektorgehäuse ab und nimmt eine geöffnete bzw. angehobene Stellung ein. Die Steuerung der Hubbewegung des Einspritzglieds erfolgt über den Abfluss von Kraftstoff aus einem Steuerraum, der zwischen einer der wenigstens einen Einspritzöffnung abgewandten Stirnfläche des Einspritzglieds, einer den axialen Endbereich des Einspritzglieds radial umgebenden Hülse sowie einer Stirnfläche eines einen Hochdruckraum begrenzenden Bauteils, üblicherweise einer Drosselplatte, gebildet ist, an der die Hülse axial anliegt. Die Steuerung des Abflusses des Kraftstoffs aus dem Steuerraum erfolgt üblicherweise mittels eines Magnetventils, das bei einer Bestromung den Abfluss in Richtung eines Niederdruckbereichs freigibt. Die Hülse, die den Steuerraum begrenzt, dient weiterhin der axialen Anlage einer mit dem Einspritzglied wirkverbundenen Schließfeder, die eine in Richtung der Schließstellung des Einspritzglieds wirkende Schließkraft auf das Einspritzglied ausübt.
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Will man relativ große Einspritzmengen beim Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine erzielen (gemeint sind hierbei beispielsweise bei einem Durchflussmengentest 1000cm3/min bei 100bar Einspritzdruck), so ist es erforderlich, bei einer gegebenen Größe bzw. Anzahl der Einspritzöffnungen den Öffnungshub des Einspritzglieds (Düsennadel) zu vergrößern. Da man üblicherweise für die Ausbildung unterschiedlicher Kraftstoffinjektoren möglichst gleiche bzw. standardisierte Bauteile verwenden will, führt dies bei aufgrund von Festigkeitsanforderungen aufgrund des größeren Hubs des Einspritzglieds länger bauenden Schließfedern dazu, dass die axiale Länge der Hülse bei gleich lang bauendem Injektorgehäuse reduziert ist. Dies wiederum führt jedoch zur Neigung des Verkippens der Hülse, was insbesondere den Montageprozess der Hülse in das Injektorgehäuse erschwert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass er ohne Vergrößerung des axialen Bauraums des Injektorgehäuses eine besonders einfache bzw. sichere Montage der Hülse bzw. einer relativ geringe Kippneigung der Hülse ermöglicht, auch bei einer in axialer Länge aufgrund großer gewünschter Einspritzmengen relativ lang bauenden Schließfeder.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die axiale Länge der Hülse gegenüber Hülsen, wie sie bei axial kürzer bauenden Schließfedern verwendet werden, gleich zu lassen, um die Neigung zum Kippen, insbesondere bei der Montage, nicht zu vergrößern. Gleichzeitig ist zum Ausgleich der vergrößerten Baulänge der Schließfeder in der Hülse eine Vertiefung ausgebildet, in die die Schließfeder axial eintaucht. Somit ist es möglich, die axiale Länge einer Baueinheit, bestehend aus der Schließfeder und der Hülse gegenüber konventionell bauenden Hülsen unverändert zu lassen.
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist daher eine Hülse auf, wobei die Hülse auf der dem Bauteil (Drosselplatte) abgewandten Seite in Richtung der Längsachse eine Vertiefung hat, die von einer radial um die Längsachse umlaufenden Wand begrenzt ist, und wobei die Schließfeder in die Vertiefung axial hineinragt und sich am Grund der Vertiefung axial abstützt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Um einerseits die Kippneigung der Hülse zu minimieren, und andererseits in fertigungstechnischer Hinsicht eine besonders einfach ausgebildete Hülse zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass die Außenform der Hülse zylindrisch ausgebildet ist.
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Die Schließfeder ist radial von der Wand der Vertiefung umfasst und führt die Schließfeder somit in radialer Richtung. Um bei einer axialen Verkürzung der Schließfeder beim Öffnen des Einspritzglieds (Düsennadel) bei der Führungsbewegung des Einspritzglieds eine Anlage bzw. einen Kontakt zur Hülse zu minimieren bzw. zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass zwischen der Schließfeder und der Wand der Vertiefung ein zusätzlicher Radialspalt ausgebildet ist.
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Um einerseits die erforderlichen Dichtheitseigenschaften der Hülse mit Blick auf ein Überströmen von Kraftstoff über die Umfangsfläche des Einspritzglieds in den Steuerraum zu minimieren, und andererseits eine hinreichend gute radiale Führung der Schließfeder im Bereich der Vertiefung der Hülse zu ermöglichen, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die axiale Länge der Vertiefung zwischen 10% und 50%, vorzugsweise zwischen 20% und 40% der axialen Länge der Hülse beträgt.
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Um im Einbauzustand der Hülse beim Betrieb des Kraftstoffinjektors auf die Hülse bei hohen Einspritzdrücken wirkende Querkräfte beim Umströmen der Hülse durch in den Hochdruckraum über wenigstens eine Versorgungsbohrung strömenden Kraftstoff zu reduzieren, ist es vorgesehen, dass die Hülse an ihrem Außenumfang eine um die Längsachse radial umlaufende, vorzugsweise im Querschnitt gerundet ausgebildete Ringnut aufweist.
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Die Anordnung der Ringnut ist auf die Anordnung der Hülse im Bereich des Düsenkörpers bzw. des Injektorgehäuses abgestimmt. Um mit Blick auf die Ausbildung der Ausnehmung im Injektorgehäuse die beschriebene vorteilhafte Wirkung der Ringnut zu erzielen, ist es vorgesehen, dass die Ringnut der Hülse im Übergangsbereich zwischen einem radial vergrößerten Bereich und einem zylindrischen Abschnitt der Ausnehmung im Injektorgehäuse angeordnet ist.
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Wie oben bereits erläutert, dient der zwischen dem Einspritzglied, der Hülse und dem Bauteil ausgebildete Steuerraum über eine Druckentlastung des Steuerraums in einen Niederdruckbereich der Auf- und Abbewegung des Einspritzglieds. Dabei geht von dem Steuerraum im Bereich des Bauteils (Drosselplatte) zumindest ein Ablaufkanal ab, der in einen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors druckentlastbar ist. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass auch ein Zulaufkanal für Kraftstoff in den Steuerraum in der Drosselplatte ausgebildet ist. Die Mündungsbereiche des wenigstens einen Kanals im Bereich des Steuerraums benötigen einen bestimmten Bauraum, der aufgrund der Größe der Hülse begrenzt ist. Oftmals ist auch beispielsweise aus raumökonomischen Gründen eine bestimmte Anordnung der Mündung des wenigstens einen Kanals in der Drosselplatte von Vorteil, beispielsweise in einem Randbereich des Steuerraums. Um in diesem Bereich einen vergrößerten Bauraum für die Mündung des wenigstens einen Kanals zu ermöglichen bzw. einen größeren Abstand zwischen dem Mündungsbereichen eines Zulaufkanals und eines Ablaufkanals zu ermöglichen, weist eine weitere bevorzugte konstruktive Ausgestaltung Längsbohrung in der Hülse zur radialen Aufnahme des Einspritzglieds auf, wobei die Längsbohrung auf der dem Bauteil (Drosselplatte) zugewandten Seite eine Erweiterung aufweist, in deren Bereich ein Ablaufkanal in den Steuerraum mündet.
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Besonders einfach und in strömungstechnisch bevorzugter Ausgestaltung lässt sich ein derartige Erweiterung ausbilden, wenn diese kegelförmig ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung des eben beschriebenen Vorschlags ist es vorgesehen, dass die Erweiterung in einem axialen Abstand zur oberen Stirnfläche des Einspritzglieds in dessen Öffnungsstellung angeordnet ist. Dadurch wird unabhängig von der Stellung des Einspritzglieds eine hinreichend gute Abdichtung des Hochdruckbereichs über den Außenumfang des Einspritzglieds in Richtung des Steuerraums ermöglicht.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen einem Brennraum einer Brennkraftmaschine zugewandten axialen Endbereich eines Kraftstoffinjektors in einem Längsschnitt bei einer Schließstellung einer Düsennadel und
- 2 einen Teilbereich des Kraftstoffinjektors im Bereich einer die Düsennadel radial umgebenden Hülse in vergrößerter Darstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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Der in der 1 abschnittsweise dargestellte Kraftstoffinjektor 10 ist als sogenannter Common-Rail-Injektor ausgebildet und dient dem Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer selbstzündenden Brennkraftmaschine. Der Einspritz- bzw. Systemdruck kann dabei typischerweise mehr als 1800bar, vorzugsweise mehr als 2000bar betragen.
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Der Kraftstoffinjektor 10 weist ein mehrteilig ausgebildetes Injektorgehäuse 12 mit einem Düsenkörper 14 auf, der axial von einer Drosselplatte 16 begrenzt ist. Der Düsenkörper 14 weist eine unterschiedliche Durchmesser bzw. Abschnitte aufweisende Ausnehmung 18 auf, die einen Hochdruckraum 20 ausbilden, in dem sich unter System- bzw. Einspritzdruck gespeicherter Kraftstoff befindet.
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Auf der dem nicht gezeigten Brennraum der Brennkraftmaschine zugewandten Seite sind an dem Injektorgehäuse 12 beispielhaft mehrere Einspritzöffnungen 22, 23 in einem schrägen Winkel α zu einer Längsachse 25 der Ausnehmung 18 ausgebildet.
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Innerhalb der Ausnehmung 18 bzw. des Hochdruckraums 20 ist eine Düsennadel 28 als Einspritzglied 30 entlang der Längsachse 25 hubbeweglich angeordnet. In der in der 1 dargestellten Position der Düsennadel 28 ist diese in ihrer unteren, einen Dichtsitz 32 zur Ausnehmung 18 des Düsenkörpers 14 ausbildenden Position angeordnet, in der die Einspritzöffnungen 22, 23 zumindest mittelbar verschlossen sind, um ein Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Zur Radialführung der Düsennadel 28 weist diese darüber hinaus in einem beispielhaft mittleren axialen Abschnitt einen Führungsbereich 34 auf, in dem Abflachungen 36 ausgebildet sind, um ein Strömen von Kraftstoff in Richtung der wenigstens einen Einspritzöffnung 22, 23 zu ermöglichen.
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Der den Einspritzöffnungen 22, 23 abgewandte axiale Endbereich 38 der Düsennadel 28 ist radial von einer Hülse 40 umfasst, die auf der der Drosselplatte 16 zugewandten Seite mit einer Stirnfläche 42 an der Drosselplatte 16 dichtend anliegt. Die Hülse 40, die in der 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt ist, weist auf der der Drosselplatte 16 abgewandten Seite eine Vertiefung 44 auf. Die axiale Länge I der Vertiefung 44 in Richtung der Längsachse 25 beträgt dabei typischerweise zwischen 10% und 50%, vorzugsweise zwischen 20% und 40% der axialen Länge L der Hülse 40. In die Vertiefung 44 ragt axial eine Schließfeder 46 in Form einer zylindrischen Druckfeder hinein, die sich gegen einen Grund 48 der Vertiefung 44 abstützt. Die Schließfeder 46 dient dazu, die Düsennadel 28 in Richtung ihrer Schließstellung, die in der 1 gezeigt ist, mit einer Schließkraft zu beaufschlagen. Hierzu stützt sich die Schließfeder 46 auf der der Hülse 40 abgewandten Seite an einem radial umlaufenden Bund 50 der Düsennadel 28 ab (1).
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Die Hülse 40 weist im Bereich der Vertiefung 44 eine um die Längsachse 25 radial umlaufende Wand 52 auf, wobei zwischen der der Schließfeder 46 zugewandten Seite der Wand 52 und dem Außenumfang der Schließfeder 46 ein Radialspalt 54 ausgebildet ist. Weiterhin ist zwischen dem Außenumfang bzw. der zylindrischen Außenfläche 56 der Hülse 40 und der Innenwand 58 der Ausnehmung 18 im Bereich der Hülse 40 ein weiterer Radialspalt 60 ausgebildet. Über den weiteren Radialspalt 60 ist der Hochdruckraum 20 über zwei Zuströmkanäle 62, 63 in der Drosselplatte 16 mit unter Systemdruck stehendem Kraftstoff versorgbar. Hierzu weist die Ausnehmung 18 darüber hinaus im Mündungsbereich der Zulaufkanäle 62, 63 einen radial aufgeweiteten Bereich 64 auf. Weiterhin weist die Hülse 40 auf der der Drosselplatte 16 zugewandten Seite zur Verringerung von Querkräften auf die Hülse 40 aufgrund von Strömungskräften bei hohen Einspritzdrücken eine um die Längsachse 25 radial umlaufende, im Querschnitt halbkreisförmig bzw. gerundet ausgebildete Ringnut 66 auf, die im Übergangsbereich zwischen dem radial aufgeweiteten Bereich 64 und einem zylindrischen Abschnitt 65 der Ausnehmung 18 angeordnet ist.
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Die Hülse 40 begrenzt zusammen mit der der Drosselplatte 16 zugewandten Stirnfläche 68 der Düsennadel 28 sowie der Drosselplatte 16 einen Steuerraum 70. Der Steuerraum 70 ist über einen Ablaufkanal 72 mit integrierter Abströmdrossel 73 in Richtung eines Niederdruckbereichs des Kraftstoffinjektors 10 druckentlastbar. Hierzu dient üblicherweise ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, das, da nicht erfindungswesentlich und im Übrigen aus dem Stand der Technik bekannt, in den Figuren nicht dargestellt ist. Die Ablaufbohrung 72 mündet in den Steuerraum 70 im Bereich einer im Querschnitt kegelförmigen Erweiterung 74 der Hülse 40. Diese Erweiterung 74 geht in einen einem konstanten Durchmesser aufweisenden Abschnitt 76 der Längsbohrung 78 der Hülse 40 über, wobei der Abschnitt 76 einen Führungsbereich zur radialen Führung der Düsennadel 28 ausbildet.
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Der soweit beschriebene Kraftstoffinjektor 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006049882 A1 [0002]
